水情自動測報(bào)系統(tǒng)故障自動分析

陳友成

(青田縣水文站，浙江 青田 323900)

1 問題的提出

隨著科技的發(fā)展，越來越多的先進(jìn)技術(shù)在水文測報(bào)等方面得到廣泛應(yīng)用。水情自動測報(bào)系統(tǒng)［1］就是其中的典型代表，主要由水文傳感器、數(shù)據(jù)采集終端、數(shù)據(jù)傳輸信道、通信設(shè)備、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)和供電電源等構(gòu)成。因其自動采取數(shù)據(jù)、及時(shí)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，在水文、防汛領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，顛覆了傳統(tǒng)的水文測報(bào)手段，在防洪渡汛方面發(fā)揮著越來越重要的作用。浙江省的水情自動遙測系統(tǒng)經(jīng)過多年建設(shè)，各縣的水情遙測站點(diǎn)數(shù)量、分布密度基本滿足防汛、水文監(jiān)測的要求，但對站點(diǎn)的日常檢查維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障等還是一個(gè)短板。作為一名基層水文工作者，水情自動測報(bào)運(yùn)行情況檢查成了每天必做的工作，從對遙測中心站多年的檢查維護(hù)中，得到一些比較好的經(jīng)驗(yàn)，供大家參考，共同提高遙測系統(tǒng)維護(hù)水平，為防汛、水文測報(bào)、水庫安全運(yùn)行做好服務(wù)工作，為“五水共治”提供基礎(chǔ)資料。

2 故障類型分析

水情自動測報(bào)系統(tǒng)中，最常見的是水文傳感器故障，如雨量傳感器故障會導(dǎo)致雨量不能正確測量、格雷碼水位計(jì)亂碼導(dǎo)致水位過程異常等;其次是電源系統(tǒng)故障，數(shù)據(jù)采集終端故障，通信故障。浙江省的遙測數(shù)據(jù)先傳輸?shù)绞∑脚_，因此應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)等故障不影響遙測數(shù)據(jù)的采用、傳輸，不屬于檢查范圍。每日僅對前4項(xiàng)進(jìn)行檢查。常見故障類型見匯總表1。

表1 常見故障類型匯總表

3 故障診斷

3.1 人工診斷

由于遙測站點(diǎn)分散設(shè)置在各地，有些還非常偏僻，無法直接檢查遙測站點(diǎn)是否發(fā)生故障，而且站點(diǎn)眾多，直接檢查不現(xiàn)實(shí)?，F(xiàn)在普遍的辦法是通過人工檢查分析雨潤3000遙測系統(tǒng)中心［2］接收的數(shù)據(jù)，來反推判斷遙測站點(diǎn)是否正常。如果信息接收完整、接收數(shù)據(jù)無疑問，說明遙測終端正常;否則根據(jù)遙測中心數(shù)據(jù)分析得出可能的故障，再到實(shí)地檢查核實(shí)，維修排除故障。有經(jīng)驗(yàn)的人員，會根據(jù)上述故障類型進(jìn)行針對性的逐項(xiàng)檢查，可以減少人為疏漏。

3.1.1 雨量檢查

一般通過檢查綜合雨量表或多站雨量圖檢查雨量大小，判斷雨量是否正常，或者通過單站水雨情圖形檢查降水過程判斷雨量是否正常。缺點(diǎn):單站表格能檢查接收數(shù)據(jù)的完整性，但數(shù)據(jù)過多不夠直觀;圖形方式檢查直觀但不能檢查接收數(shù)據(jù)的完整性。而且只能根據(jù)面上的降雨情況進(jìn)行大概的判斷，做臨近站雨量比較非常困難。

3.1.2 水位檢查

水位是水情遙測的重要測量項(xiàng)目、水情重要指標(biāo)，關(guān)系到城鎮(zhèn)防洪安全、水庫安全運(yùn)行。一般通過檢查單站水位表或單站水雨情圖形目測判斷水位是否正常。

3.1.3 電源系統(tǒng)檢查

一般采用太陽能充電，蓄電池供電組合。通過檢查單站電壓圖形，判斷電壓、太陽能是否正常。如有明顯的電壓上升過程說明太陽能工作正常;如果僅有個(gè)別站沒有電壓上升過程說明該站點(diǎn)太陽能損壞或充電線路斷開。

3.1.4 數(shù)據(jù)采集終端、通信檢查

通過檢查單站水雨情圖形分析是否接收到信息，若長時(shí)間無接收信息，通過撥打終端號碼進(jìn)一步判斷數(shù)據(jù)采集終端故障或通信問題。指示音“你撥打的電話已關(guān)機(jī)”很有可能是遙測故障，指示音“你撥打的電話暫時(shí)無法接通”很有可能是通訊信號問題，最終判斷還要到實(shí)地才能確定。

3.2 計(jì)算機(jī)自動診斷

3.2.1 雨量檢查

從兩方面分析觀測數(shù)據(jù)的完整性、正確性。首先分析數(shù)據(jù)的完整性，浙江省的數(shù)據(jù)記錄以5 min為間距，1 d有289組數(shù)據(jù)記錄，通過對24 h內(nèi)接收到的數(shù)據(jù)組數(shù)，判斷雨量接收數(shù)據(jù)的完整性。單站最近24 h的降水總量正確性檢查，由于降雨量面上的不均勻，特別是雷陣雨天氣，單站雨量與面上平均雨量比較存在不合理性。采用與相臨各站點(diǎn)的降水量來分析計(jì)算，判斷雨量值正確性具有更好的參考性。重點(diǎn)檢查雨量偏小較多的站點(diǎn)，可能存在雨量故障。

3.2.2 水位檢查

從兩方面分析觀測數(shù)據(jù)的完整性、正確性。完整性檢查與雨量基本一致。重點(diǎn)說明檢查水位的正確性，水位從面上很難找到相關(guān)性，主要從單站水位變化的特性分析判斷是否正常。首先利用水位變化的連續(xù)性特點(diǎn)，適當(dāng)設(shè)置容差，超過容差說明水位發(fā)生了突變，根據(jù)突變水位變幅，判斷是機(jī)械失靈還是格雷碼水位計(jì)故障 (有一種水位突變是插頭等接觸不良造成的，根據(jù)格雷碼的計(jì)算規(guī)則，可以分析出那位碼失效并進(jìn)行修正，可以對對應(yīng)的水位進(jìn)行糾錯(cuò));其次如果出現(xiàn)水位是一條直線的特殊情況應(yīng)進(jìn)行分析，如果不是施工或水位超過記錄范圍，有可能是水位故障。因?yàn)檎憬暮恿髡疽话悴粫霈F(xiàn)河干、水位無變化的情況，僅有水庫站可能會出現(xiàn)。利用水庫站水位上漲受降雨影響的特性進(jìn)行分析判斷是否正常，如果本站點(diǎn)的日雨量較大，按理水庫水位應(yīng)該上漲，而數(shù)據(jù)分析是一條直線，由此可判斷水位測量可能出現(xiàn)故障。

3.2.3 電源系統(tǒng)檢查

先檢查太陽能充電是否正常，因?yàn)槭擒浖袛?，所以很難直接判斷是否是晴天。采用變通方式，先根據(jù)面上判斷是否存在明顯的充電過程，如果大部分的站點(diǎn)都存在明顯的充電過程，說明是晴天。如果個(gè)別站點(diǎn)沒有充電過程，說明供電系統(tǒng)沒有給電池充電，可能是太陽能板損壞 (也出現(xiàn)過太陽能板被覆蓋的情況)或充電線路斷開。通過電池的平均電壓，判斷電池是否老化，以確定是否需要更換電池。檢查最低電壓 (實(shí)際用的是第2低電壓，因?yàn)樵趯?shí)際使用中發(fā)現(xiàn)偶爾會出現(xiàn)不明原因的一個(gè)低電壓值)是否低于9.0 v，判斷是否急需更換電池，因?yàn)殡妷旱陀?.0 v極有可能會導(dǎo)致儀器故障。

3.2.4 數(shù)據(jù)采集終端、通信檢查

檢查單站最近接收的信息時(shí)間與現(xiàn)在時(shí)刻的時(shí)距dt，水情遙測信息發(fā)送的時(shí)距是15 min，考慮到延時(shí)，如果dt大于30 min，說明有信息未及時(shí)收到，原因是數(shù)據(jù)采集終端故障，或是通信不暢，利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)無法作進(jìn)一步判斷。只能將dt大于30 min的遙測站點(diǎn)名、通信號碼輸出，采用人工撥打通信號碼來判斷故障類型。

3.3 兩種診斷方式比較

2種診斷方式比較見表2。

表2 兩種診斷方式比較表

3.3.1 自動診斷

自動分析案例 (3月4日16時(shí)15分檢查)，運(yùn)行結(jié)果見圖1。

圖1 計(jì)算機(jī)自動檢查分析截圖

發(fā)現(xiàn)3類故障中的3個(gè)問題:白巖前站 (ID號為6139)雨量故障:經(jīng)維護(hù)人員檢查排查，屬于數(shù)據(jù)采集終端與雨量信號插頭連接沒有焊接好，維護(hù)人員更換老化電池時(shí)撥插電源插頭碰到導(dǎo)致雨量線中斷。外雄站 (ID號為3933)第2水位異常:2:30水位15.62 m與前后水位不連續(xù)，水位突然低了1.90 m，屬于錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，使用時(shí)要刪除。陳須站 (ID號為6137)電壓存在隱患:平均電壓10.2 V(正常電壓12.0 V)，說明電池已經(jīng)老化;最低電壓9.9 V，說明暫時(shí)還能保證儀器正常工作。

3.3.2 人工診斷

采用人工診斷，僅外雄站異常水位的部分如下:

人工診斷單站第2水位表 (僅45 min的數(shù)據(jù))發(fā)現(xiàn)02:35少了一組水位 (見表3)，說明水位不完整，但是不易判斷水位錯(cuò)誤。

表3 外雄站第2水位數(shù)據(jù)表

人工診斷單站水雨情圖 (見圖2)，較直觀發(fā)現(xiàn)水位突變點(diǎn)，但無法判斷水位的完整性。

圖2 外雄站2014－03－04水位過程線圖

上述例子說明，自動診斷快速高效，大幅減輕了人工診斷的工作量，效果非常明顯。

4 結(jié)語

通過近幾年的運(yùn)行實(shí)踐，證明水情自動測報(bào)系統(tǒng)故障自動分析是可行的，而且比單純的人工檢查更加全面、快速準(zhǔn)確。

［1］水利部南京水利水文自動化研究所.SL 10—89水文儀器術(shù)語［S］.北京:中國水利水電出版社，1989.

［2］浙江省水文局.雨潤3000遙測系統(tǒng)中心控件軟件使用說明書［R］.杭州:浙江省水文局，2006:15－29.